Hydrazides and hydrazones as versatile Michael-Donors for iminium-catalyzed conjugate addition reactions

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A Highly Efficient Solvent-Free Asymmetric Direct Aldol Reaction Organocatalyzed by Recoverable (s)-Binam-L-Prolinamides. ESI-MS Evidence of the Enamine-Iminium Formation

Recoverable (Sa)-binam-l-prolinamide in combination with benzoic acid is used as catalysts in the direct aldol reaction between cycloalkyl, alkyl, and α-functionalized ketones and aldehydes under solvent-free reaction conditions. Three different methods are assayed: simple conventional magnetic stirring, magnetic stirring after previous dissolution in THF and evaporation, and ball mill technique. These procedures allow one to reduce not only the amount of required ketone to 2 equiv but also the reaction time to give the aldol products with regio-, diastereo-, and enantioselectivities comparable to those in organic or aqueous solvents. Generally anti-isomers are mainly obtained with enantioselectivities up to 97%. The reaction can be carried out under these conditions also using aldehydes as nucleophiles, yielding after in situ reduction of the aldol products the corresponding chiral 1,3-diols with moderate to high enantioselectivities mainly as anti-isomers. The aldol reaction has been studied by the use of positive ESI-MS technique, providing the evidence of the formation of the corresponding enamine−iminium intermediates.

3-Ethyl-4-methyl-1H-pyrazol-2-ium-5-olate

The title compound, C(6)H(10)N(2)O, is a zwitterionic pyrazole derivative. The crystal packing is predominantly governed by a three-center iminium-amine N(+)-H center dot center dot center dot O(-)center dot center dot center dot H-N interaction, leading to an undulating sheet-like structure lying parallel to (100).

Synthesis of novel beta-aryl-beta-(methylthio)acroleins via Vilsmeier-Haack protocol as potential 1,3-dielectrophilic three-carbon building blocks

A new general route for the synthesis of novel beta-aryl-beta-(methylthio)acroleins, a class of stable potential 1,3-dielectrophilic synthons, has been reported. The overall protocol involves treatment of either beta-chloroacroleins or their precursor iminium salts (generated in situ from the corresponding active methylene ketones under Vilsmeier-Haack reaction conditions) with S,S-dimethyldithiocarbonates (DDC)/aqueous KOH in either a one-pot or two-step process. The dimethyldithiocarbonate (DDC)/30% aqueous KOH has been shown to be an excellent source of methylthiolate anion. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Activación de aldehídos a,b-insaturados mediante aminocatálisis en procesos enantioselectivos. Cicloadiciones (3+2) y reacciones en cascada Michael/Henry

During the research that it is summarized in the present memory, the activation of enals via iminium ion catalysis in different transformations has been studied. Firstly, a 1,3-dipolar cycloaddition between stable azomethine ylides and a,b-unsaturated aldehydes catalyzed by a chiral imidazolidinone derivative has been optimized. Employing this methodology we have synthesized a large range of densely substituted pyrroloisoquinolines and pyrrolophthalazines with good yields and high values of diastereo- and enantioselectivity. Moreover, a mechanistic study has been carried out based on DFT calculations and experimental data which have allowed us to propose that the (3+2) cycloaddition reaction follows a sequential Michael addition/Mannich cyclization pathway. The formation of the iminium ion as a result of the condensation between the a,b-unsaturated aldehyde and the catalyst plays an essential role, regarding both reactivity and stereoselectivity. On the other hand we have developed a methodology to carry out a cascade Michael/Henry reaction followed by a sequential dehydration. Starting from simple substrates (2-nitromethylacrilates and a,b-unsaturated aldehydes) and employing a prolinol-derivative catalyst a series of quiral nitrocyclohexadienes have been synthesized.

手性有机小分子催化烯胺不对称还原

手性胺是合成天然产物和手性药物的重要中间体，亚胺和烯胺的不对称催化还原是制备手性胺最直接有效的方式之一。手性有机小分子催化的亚胺不对称还原已取得了可喜的进展，但到目前为止，有机小分子催化的烯胺不对称还原，尤其是环状烯胺的不对称还原还少有报道。 本研究从手性叔丁基亚磺酰胺出发，设计并合成了一系列含有叔丁基亚磺酰基的新型脲类及硫脲类催化剂，并将其用于催化三氯硅烷对烯胺的不对称还原，尤其是1, 4-二氢吡啶酯类环状烯胺的不对称还原。通过对催化反应条件的优化，发现当添加1eq H2O时，反应收率和对映选择性明显提高，获得高达99% 的收率和88% ee，同时也取得了很好的非对映选择性（dr = 8:92）。首次实现了三氯硅烷对1, 4-二氢吡啶酯类环状烯胺的高立体选择性还原。 通过机理方面的研究，我们推测反应过程中可能是：首先，底物1, 4-二氢吡啶酯与催化剂形成氢键而被活化，当加入添加剂后，添加剂与三氯硅烷反应释放出一个质子，然后受活化的1, 4-二氢吡啶酯捕获该质子转变成更活泼的亚胺正离子的中间体。随后，在催化剂上的手性硫氧的活化下，三氯硅烷的负氢加成到受活化的亚胺正离子的中间体上，最后生成比较有利的反式产物1, 4, 5, 6-四氢吡啶乙酯。 Calalytic enantioselective reduction of imines and enamines represents one of the most straightforward and efficient methods for the preparation of chiral amines, which is an important class of intermediates for the synthesis of natural products and chiral drugs. Significant progresses have been made in organocatalytic enantioselective reduction of imines. However, asymmetric reduction of enamines, especially of cyclic enamines catalyzed by small organocatalysts has scarcely been reported. In this study, starting from chiral tert-butanesulfinamide, a series of structurally simple tert-butanesulfinyl urea and thiourea organocatalysts were developed and employed in asymmetric reduction of enamines by triclorosilane, particularly in the reduction of cyclic enamines such as Hantzsch 1, 4-dihydropyridines. During the optimization of reaction condictions, we found that the addition of one equivalent of H2O could significantly improve the yields and enatioselectivities. Under optimal condictions, 99% yield, up to 88% ee, and 8:92 diastereomeric ratio were obtained. Thus, we have for the first time realized the highly stereoselective reduction of Hantzsch 1, 4-dihydropyridines catalyzed by triclorosilane. As for the mechanism, we speculate that the Hantzsch 1, 4-dihydropyridine was firstly engaged with the catalyst through hydrogen bond. The proton released from the reaction of the additive and triclorosilane next added to one of the C=C bond to make an active iminium intermediate, which was then attacked by the nucleophlic hydrogen of HSiCl3 activated by the Lewis basic sulfinyl function of the catalyst to provide superior trans-1, 4, 5, 6-tetrahydropyridine products.

路易斯碱催化的烯胺不对称还原研究

手性胺不仅是许多天然产物和手性药物的重要结构单元，而且也是非常有用的拆分试剂、手性配体和手性催化剂。亚胺和烯胺的不对称催化还原是制备手性胺的最直接有效的方式之一，手性有机小分子催化的亚胺不对称还原已取得了很大的进展，但到目前为止，有机小分子催化的烯胺不对称还原极少见文献报道。 本研究以廉价的三氯氢硅为氢源、DMF 等路易斯碱为催化剂实现了烯胺的高效还原。通过反应条件的优化，各种烯胺底物在0.1 eq. DMF 催化下、12 个小时内可以获得非常高的收率（>93%）。 在本课题组前期研究的基础上，我们筛选并设计了一系列以手性哌啶酸和叔丁基亚磺酰胺为母体的有机小分子路易斯碱催化剂，它们能催化三氯氢硅对(Z)-N-苄氧羰基-1-苯基丙烯胺的不对称还原，获得很高的收率和中等的对映选择性，并且具有很好的底物普适性。另外，通过机理方面的研究，我们推测在反应过程中一分子烯胺先捕获一个质子而转变为亚胺正离子，然后受到路易斯碱活化的三氯氢硅中的富电氢原子进攻该亚胺正离子得到还原产物。 另外，本文列出了在此课题进展中所发现的一些新反应，并且试图去阐释这些反应的作用机理。 Catalytic enantioselective reduction of imines and enamines represents one of the most straightforward and efficient methods for the preparation of chiral amines, which are not only important building blocks of many natrural products and chiral drugs, but also can serve as useful resolution reagents, chiral ligands and chiral catalysts. By now, asymmetric reduction of enamines catalyzed by organocatalysts has scarcely been reported, although organocatalyzed enantioselective reduction of imines has already gained great progress. In this study, we report the DMF-catalyzed reduction of enamines with high yields using HSiCl3 as the reducing agent. Under the optimized reaction conditions, various enamines can be reduced in the presence of 0.1 eq. DMF with high yields (>93%) in 12 hours. We screened a set of Lewis base organocatalysts derived from chiral pipecolinic acid and tert-butanesulfinamide for the reduction of (Z)-N-Cbz-1- phenylpropenamine, including newly designed ones and some of those previously developed in our lab. However, only moderate stereoselectivities, albeit high yields were obtained. As for the mechanism, we speculate that the enamine firstly engages a proton to form an iminium species, which is then attacked by the nucleophlic hydrogen of HSiCl3 activated by Leiws base. During the above studies, we have also discovered some new reactions, for which feasible mechanisms were proposed.

Synthesis of (+)-piclavines A1 and A2

Piclavines AI and A2 have been synthesised for the first time. The route is short with the key step being the reaction of a bicyclic N-acyl iminium ion with 3-trimethysilyl-1-decene. This convergent strategy gave exclusively compounds in which the pendant decenyl group was axial, as a 6:1 mixture of E:Z-alkene diastereoisomers. Reduction of the lactam carbonyl group gave a 6:1 mixture of piclavines Al and A2, (C) 2000 Published by Elsevier Science Ltd.

Expedient synthesis of (+)-trans-5-allylhexahydroindolizidin-3-one

Treatment of the bicyclic iminium ion derived from 5-methoxyhexahydroindolizidin-3-one with allyltrimethylsilane gave exclusively the diastereoisomer in which the allyl group was axial. This substrate is a useful precursor to 5-propyl-3-alkylindolizidine alkaloids. (C) 1999 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

EFFICIENT SYNTHESIS OF 3-SUBSTITUTED LACTAMS USING MEERWEIN ESCHENMOSER CLAISEN [3,3] SIGMATROPIC REARRANGEMENTS

3-Allyl substituted five, six, and seven membered ring lactams are readily available in good yields and reasonable selectivity by a formal Meerwein Eschenmoser Claisen [3,3] rearrangement, using the readily available N,N-dialkylalkoxymethylene iminium salts and lithium alkoxides derived from allyl alcohols.

Synthesis and utilization of guanidine catalysts for applications directed towards the preparation of butenolide and modified amino acid derivatives

Development of guanidine catalysts is explored through direct iminium chloride and amine coupling, alongside a 2-chloro-l,3-dimethyl-IH-imidazol-:-3-ium chloride (DMC) induced thiourea cyclization. Synthesized achiral catalyst N-(5Hdibenzo[ d,t][1,3]diazepin-6(7H)-ylidene)-3,5-bis(trifluoromethyl) aniline proved unsuccessful towards O-acyl migrations, however successfully catalyzed the vinylogous aldol reaction between dicbloro furanone and benzaldehyde. Incorporating chirality into the guanidine catalyst utilizing a (R)-phenylalaninol auxiliary, generating (R)-2-((5Hdibenzo[ d,t] [1,3 ]diazepin-6(7H)-ylidene ) amino )-3 -phenylpropan-l-ol, demonstrated enantioselectivity for a variety of adducts. Highest enantiomeric excess (ee) was afforded between dibromofuranone and p-chlorobenzaldehyde, affording the syn conformation in 96% ee and the anti in 54% ee, with an overall yield of30%. Attempts to increase asymmetric induction were focused on incorporation of axial chirality to the (R)phenylalaninol catalyst using binaphthyl diamine. Incorporation of (S)-binaphthyl exhibited destructive selectivity, whereas incorporation of (R)-binaphthyl demonstrated no effects on enantioselectivity. Current studies are being directed towards identifying the catalytic properties of asymmetric induction with further studies are being aimed towards increasing enantioselectivity by increasing backbone steric bulk.

Structure d'une tagatose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : étude d'une apparente perte de stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase de classe I qui fait montre d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-biphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-biphosphate (FBP), du sorbose-1,6-biphosphate et du psicose-1,6-biphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution de la structure native et en complexe avec le DHAP, a respectivement 1.87 et 1.92 Å de résolution. Ces mêmes structures ont permis de se représenter plus clairement le site actif de l'enzyme en général, et les résidus catalytiques en particulier. Le trempage des cristaux de TBP aldolase dans une solution saturante de DHAP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire iminium, ainsi que sa géométrie particulière en atteste. Des expériences d'échange de proton, entreprises afin d'évaluer le stéréoisomérisme du transfert de proton catalytique, ont également permis de faire une intéressante découverte : la TBP aldolase ne peut déprotoner le coté pro-R du C3 du DHAP, mais peut le protonner. Ce résultat, ainsi que la comparaison de la structure du complexe TBP aldolase-DHAP avec la structure du complexe FBP aldolase de muscle de lapin- DHAP, pointe vers un isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP. De plus, la résolution de ces deux structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Étude structure-fonction des fructose-1,6-bisphosphate aldolases métallo-dépendantes : mécanisme catalytique et développement d’antimicrobiens

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Heterogeneously catalyzed asymmetric hydrogenation of C = C bonds directed by surface-tethered chiral modifiers

Asymmetric hydrogenation of C=C bonds is of the highest importance in organic synthesis, and such reactions are currently carried out with organometallic homogeneous catalysts. Achieving heterogeneous metal-catalyzed hydrogenation, a highly desirable goal, necessitates forcing the crucial enantiodifferentiating step to take place at the metal surface. By synthesis and application of six chiral sulfide ligands that anchor robustly to Pd nanoparticles and resist displacement, we have for the first time accomplished heterogeneous enantioselective catalytic hydrogenation of isophorone. High resolution XPS data established that ligand adsorption from solution occurred exclusively on the Pd nanoparticles and not on the carbon support. All ligands contained a pyrrolidine nitrogen to enable their interaction with the isophorone substrate while the sulfide functionality provided the required interaction with the Pd surface. Enantioselective turnover numbers of up to similar to 100 product molecules per ligand molecule were found with a very large variation in asymmetric induction between ligands: observed enantiomeric excesses increased with increasing size of the alkyl group in the sulfide. This likely reflects varying degrees of ligand dispersion on the surface: bulky substituent groups hinder close approach of ligand molecules to each other, inhibiting close-packed island formation, favoring dispersion as separate molecules, and leading to effective asymmetric induction. Conversely, small substituents favor island formation leading to very low asymmetric induction. Enantioselective reaction most likely involves initial formation of an enamine or iminium species, confirmed by use of an analogous tertiary amine, which leads to racemic product. Ligand rigidity and resistance to self-assembled monolayer formation are important attributes that should be designed into improved chiral modifiers.